针对上述问题，中国科学院纳米科学与技术中心韩东、敖卓团队开发了一种由三种天然聚合物（氧化黄芪多糖、羧甲基壳聚糖和甲基丙烯酸化海藻酸钠）通过镁离子交联形成的多功能水凝胶体系（OAPS-CMC/SAMA-Mg²⁺，简称OCS），并进一步将含有姜黄素的牛膝超分子自组装体（NX@Cur）整合到该水凝胶中，形成复合材料OCS/NX@Cur。该水凝胶通过席夫碱反应形成可注射凝胶，适应性填充组织缺损，并通过紫外线交联固化与组织紧密结合。姜黄素通过薄膜分散技术负载到牛膝超组装体上，随着水凝胶的降解，姜黄素缓慢释放到伤口微环境中，与水凝胶中的天然生物活性成分协同发挥抗炎、抗氧化和促进血管生成的疗效，展现出良好的治疗效果。该文章于2025年6月3日以《Astragalus Polysaccharide Hydrogels with Drug-Carrying Super Self-Assembly from Natural Herbs Promote Wound Healing》为题发表于《ACS NANO》（DOI：10.1021/acsnano.5c03744）。

研究示意图

(1) NX@Cur的制备与表征

通过煎煮、离心和冻融处理牛膝药材得到NX超分子自组装体（NX SSA），随后将其与姜黄素溶解于乙醇中，通过旋涂法得到黄色薄膜，经收集和纯化后获得NX@Cur。电位分析表明，NX和NX@Cur的电位均为负且差异不显著（图1B），说明负载姜黄素后整体电负性未改变。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）显示，NX@Cur中姜黄素的酚羟基伸缩振动峰（3510 cm^-1）消失（图1C），紫外-可见光谱（UV-vis）中NX@Cur的吸收峰红移至442 nm（图1D），表明姜黄素成功负载于NX SSA。扫描电子显微镜（SEM）观察到NX SSA呈直径为1.87 ± 0.57 μm的规则球形，负载姜黄素后NX@Cur粒径增加至2.69 ± 0.54 μm（图1F、G）。X射线衍射（XRD）分析显示，NX@Cur中姜黄素的特征衍射峰（17 °）消失（图1E），表明姜黄素由晶体转变为无定形状态。透射电子显微镜（TEM）观察到单个NX呈直径约1.5 μm的球形，姜黄素为较大尺寸的晶体形态（图1H），而NX@Cur中NX部分呈明亮单圈，姜黄素分布在其周围时颜色较暗，且NX@Cur的电子衍射环几乎不可见，进一步证实姜黄素的无定形化。这些结果表明NX SSA成功抑制了姜黄素的结晶，增强了其分散性。

图1.（A）NX@Cur制备的示意图；（B）载药前后的电位值；（C）NX、Cur和NX@Cur的红外光谱；（D）NX、Cur和NX@Cur的紫外光谱；（E）NX、Cur和NX@Cur的X射线衍射图；（F）NX、Cur和NX@Cur的扫描电镜图像（标尺：5 μm）；（G）NX和NX@Cur的粒径分布统计；（H）NX、Cur和NX@Cur的透射电镜图像及电子衍射图

（2）OCS/NX@Cur水凝胶的合成与表征

交联双网络水凝胶OCS（图2A）通过混合和紫外光照射两步制备，具有良好的可注射性、强机械性能、低膨胀性和适宜的组织黏附性。SEM观察显示，负载药物前后水凝胶孔径基本一致，且负载药物的水凝胶中可见微米级NX@Cur（图2B）。未光交联的OCSUV水凝胶具有流动性（图2C），而经紫外光交联后的OCS水凝胶完全固化，无流动性。OCS水凝胶能牢固黏附器官和皮肤至玻璃表面且不脱落（图2D），在扭曲或弯曲时不会断裂（图2E）。其黏附在猪皮上拉伸后的剪切强度为20.94 kPa（图2F）。流变实验表明，水凝胶具有剪切变稀特性，黏度随剪切率增加而降低（图2G），储能模量大于损耗模量，且光交联固化阶段的模量高于可注射水凝胶（图2H）。压缩测试显示，负载药物后水凝胶压缩强度增加一倍，应变从46%增加到50%（图2I）。膨胀实验表明，OCS水凝胶膨胀率为73%，OCS/NX@Cur水凝胶膨胀率为58%（图2J），负载药物后膨胀率降低。体外降解实验中，OCS/NX@Cur水凝胶前5天降解速率更快（图2K），20天时OCS和OCS/NX@Cur水凝胶降解率分别为73.96%和71.30%。药物释放实验显示，第6天时姜黄素（Cur）、NX@Cur和OCS/NX@Cur的释放率分别为68.78%、62.29%和52.66%（图2L），表明NX SSA和OCS负载可延缓姜黄素释放。

图2.（A）OCS/NX@Cur水凝胶制备示意图；（B）OCS和OCS/NX@Cur水凝胶的扫描电镜图像；（C）水凝胶的可注射性演示及两阶段凝胶化光学图像；（D）水凝胶黏附于器官或皮肤的照片；（E）黏附于皮肤的水凝胶弯曲、扭曲及拉伸的照片；（F）黏附于猪皮的水凝胶剪切力-距离曲线；（G）OCSUC和OCS水凝胶的黏度-剪切率曲线；（H）OCSUC和OCS水凝胶的模量-角频率曲线；（I）OCS和OCS/NX@Cur水凝胶的压缩强度-应变曲线；（J）OCS和OCS/NX@Cur水凝胶在不同时间的溶解率；（K）OCS和OCS/NX@Cur水凝胶在不同时间的降解率；（L）Cur、NX@Cur和OCS/NX@Cur的药物释放曲线

（3）OCS/NX@Cur水凝胶的生物相容性

生物相容性测试表明，NX@Cur、OCS和OCS/NX@Cur水凝胶具有良好的细胞相容性和体内生物安全性。CCK-8实验和死活细胞染色结果显示，NX@Cur对Raw264.7细胞的适宜浓度范围为0.5–18.75 μg/mL，超过37.5 μg/mL会抑制或杀死细胞；而对L929成纤维细胞，0–75 μg/mL的NX@Cur可保证正常细胞生长，超过150 μg/mL则抑制细胞生长（图3A、B）。死活细胞染色实验表明，L929细胞与OCS或OCS/NX@Cur共孵育1天和5天后，仅观察到极少量红色荧光（死细胞），大部分细胞正常生长（绿色）（图3C），证实了OCS和OCS/NX@Cur水凝胶良好的细胞相容性。溶血实验结果显示，NX@Cur、OCS和OCS/NX@Cur组的上清液透明澄清，溶血率均低于5%，表明该体系具有优异的血液相容性（图3D）。此外，经OCS/NX@Cur处理14天后的SD大鼠器官的苏木精-伊红（H&E）染色结果显示，与对照组相比，各器官未见明显器官肿大或炎症浸润，证实了该体系良好的体内生物安全性（图3E）。

图3.（A）不同浓度NX@Cur处理后Raw 264.7细胞的存活率；（B）不同浓度NX@Cur处理后成纤维细胞L929的存活率；（C）L929细胞与OCS和OCS/NX@Cur水凝胶提取物共孵育1天和5天后的死活荧光染色（标尺：100 μm）；（D）NX@Cur、OCS和OCS/NX@Cur水凝胶的溶血率及溶血照片；（E）经OCS/NX@Cur水凝胶处理或未处理的大鼠心、肝、脾、肺、肾的苏木精-伊红染色（标尺：200 μm）

（4）体外抗炎和抗氧化作用

通过免疫荧光染色对OCS/NX@Cur治疗体系进行抗炎活性研究（图4A）。与空白组相比，LPS诱导的巨噬细胞中CD11c（M1）表达显著升高，表明细胞炎症诱导成功。NX@Cur组、OCS组和OCS/NX@Cur组的CD11c（M1）平均荧光强度分别较LPS诱导炎症的对照组（16.80%）降低了7.00%、7.44%和8.37%（p < 0.001），而CD206（M2）平均荧光强度分别较对照组（21.46%）提高了8.98%、8.76%和16.2%（p < 0.001）（图4B）。统计结果表明，这三组均能将巨噬细胞从M1表型转化为M2表型，显示出良好的抗炎效果。M2（CD206）/M1（CD11c）值计算结果显示，所有治疗组的M2/M1值均显著高于对照组（p < 0.01，p < 0.001），且OCS/NX@Cur组的值显著高于NX@Cur组和OCS组（图4C），表明NX@Cur和OCS水凝胶的促表型转化效果具有协同作用，二者整合后在OCS/NX@Cur治疗体系中显示出更强的抗炎能力，促进免疫微环境的平衡调节。氧化应激由过量活性氧（ROS）引起，导致持续炎症，从而延缓伤口愈合。不同材料与H₂O₂诱导的L929成纤维细胞共孵育（设置空白对照组），通过DCFH-DA探针染色检测ROS水平（图4D）。结果显示，三组实验的荧光几乎消失，与空白组相当，表明NX@Cur、OCS水凝胶及OCS/NX@Cur复合水凝胶均具有较强的清除ROS能力。

图4.（A）免疫荧光染色图像（CD11c绿色，CD206红色）（标尺：30 μm）；（B）免疫荧光染色中Raw 264.7细胞CD11c和CD206表达的平均荧光强度；（C）免疫荧光染色中M2/M1表达的相对值；（D）成纤维细胞L929中ROS水平的荧光染色图像（标尺：100 μm）

（5）体外细胞迁移和血管生成效应

不同材料对细胞迁移能力的影响通过细胞划痕实验进行评估（图5A）。实验结果显示，经NX@Cur、OCS凝胶和OCS/NX@Cur处理的细胞迁移能力显著高于对照组。细胞迁移率的统计分析表明，随着时间增加，各组之间的迁移率差异逐渐显著（图5B）。在72小时时，NX@Cur和OCS/NX@Cur组的细胞迁移率分别比对照组（31.27%）提高了21.35%和24.59%（p < 0.05，p < 0.001），而OCS水凝胶组与对照组之间无显著差异，表明NX@Cur是促进细胞迁移的良好材料。在伤口愈合的增殖阶段，新生血管化对肉芽组织的生长至关重要。通过与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）共孵育，考察不同材料的促管形成能力（图5C）。结果显示，NX@Cur和OCS/NX@Cur组的管形成效果更为显著。对血管节点数和总管长度进行统计分析发现，NX@Cur和OCS/NX@Cur组的节点数分别比对照组增加了1.27倍和0.89倍（图5D，p < 0.001，p < 0.05），总管长度分别增加了0.93倍和0.48倍（图5E，p < 0.001）。

图5.（A）划痕实验评估与不同材料共孵育后HUVECs的迁移能力（标尺：200 μm）；（B）划痕实验的细胞迁移率定量；（C）与水凝胶提取物共孵育6小时后HUVECs形成的管状结构图像（标尺：300 μm）；（D）节点数量定量；（E）管状结构总长度定量

（6）体内皮肤缺损创面愈合效果

建立了体内模型以验证OCS/NX@Cur复合体系的治疗效果。分别测试了对照组（生理盐水处理）、NX@Cur组、OCS组和OCS/NX@Cur组。伤口建模和处理的时间节点如图6A所示。在第0、1、3、5、7、10和14天拍摄了大鼠伤口部位的照片（图6B）。伤口愈合效果进行了定量建模（图6C）。NX@Cur组、OCS组和OCS/NX@Cur组的整体恢复效果均优于对照组，其中OCS/NX@Cur组效果最佳。统计分析显示，第3天时，OCS/NX@Cur组的伤口收缩率比对照组高35.92%，达到51.81%（p < 0.05）（图6D）。第10天时，NX@Cur组、OCS组和OCS/NX@Cur组的伤口收缩率分别比对照组（76.88%）提高了14.90%、11.41%和18.55%（p < 0.01，p < 0.05，p < 0.001），OCS/NX@Cur组的伤口收缩率达到95.44%。上述结果表明该治疗体系在伤口修复方向的应用具有可行性。

图6.（A）全层皮肤缺损模型的建立与处理示意图；（B）不同时间点伤口的代表性图片。使用标准金属定位环（内径15 mm）进行伤口成像，其边缘提供尺寸参考（标尺：5 mm）；（C）伤口面积随时间的变化图；（D）不同治疗方案在不同时间点的伤口收缩率

（7）H&E染色和Masson染色

通过H&E染色和Masson染色对伤口组织切片进行分析，评估该治疗体系对伤口愈合的效果。第7天的H&E染色结果显示，各组均出现炎症细胞浸润，但OCS和OCS/NX@Cur水凝胶组的炎症细胞浸润少于对照组（图7A）。NX@Cur和OCS/NX@Cur组的组织显示出更多新生血管（蓝色箭头），而OCS组和对照组未见显著新生血管。对照组的愈合过程缓慢，第14天的H&E染色图像显示仍有残留结痂（黄色箭头）和大量炎症细胞浸润；相比之下，经OCS/NX@Cur处理的组织显示出完整且清晰的表皮层，表明上皮化已完成，且在NX@Cur和OCS/NX@Cur组中可观察到新生毛囊或腺体（绿色箭头），而对照组中未见。

第7天的Masson染色结果显示，OCS/NX@Cur组的伤口边缘显示出显著的伤口收缩效果（黑色箭头），优于其他三组（图7B）。第14天时，所有组的胶原纤维均显著增加，但OCS/NX@Cur组的胶原沉积更为致密且排列有序，进一步证实了该治疗方案的有效愈合能力。在伤口愈合过程中，成纤维细胞逐渐合成胶原蛋白并转化为不同的结晶原纤维形式。伤口愈合早期以Ⅲ型胶原蛋白为主，随着细胞增殖和组织重塑，Ⅰ型胶原蛋白逐渐沉积。胶原蛋白沉积在伤口收缩和瘢痕形成中起决定性作用，已成为伤口愈合质量的重要指标。

图7. (A)第7天和第14天伤口组织的H&E染色。（比尺：200 μm） (B)第7天、第14天创面组织Masson染色。（标尺：200 μm）

（8）体内皮肤缺损创面愈合效果

通过偏振光显微镜观察Sirius红染色后的伤口组织，分析不同时间点胶原蛋白类型的分布。第7天，各组均显示出较少且排列不规则的混合胶原蛋白纤维（图8A）。定量分析显示，OCS/NX@Cur组的Ⅲ型胶原蛋白（绿色）沉积面积比对照组（20.32%）减少了12.56%（p < 0.05）（图8B），而NX@Cur和OCS/NX@Cur处理后Ⅰ型胶原蛋白（橙色）沉积量分别增加了7.07%和9.00%（p < 0.05）（图8C）。从第7天到第14天，Ⅲ型胶原蛋白沉积减少，Ⅰ型胶原蛋白沉积增加（图8A），与伤口愈合过程一致。数据显示，Ⅰ型/Ⅲ型胶原蛋白比率与炎症因子M2/M1比率呈显著正相关（r² = 0.83）。OCS/NX@Cur组的Ⅰ型/Ⅲ型胶原蛋白比率（1.74）显著高于对照组（0.22，p < 0.01），且巨噬细胞M2/M1表达水平更高（29.37 vs 2.04，p < 0.01）。

第14天时，OCS/NX@Cur组显示出类似健康皮肤的致密且规则的成熟Ⅰ型胶原纤维，NX@Cur组也表现出类似现象。与对照组（11.54%）相比，NX@Cur组和OCS/NX@Cur组的Ⅲ型胶原蛋白沉积量分别减少了4.24%和8.14%（p < 0.05，p < 0.01）（图8B），而Ⅰ型胶原蛋白沉积量分别增加了13.47%和25.69%（p < 0.05，p < 0.01）（图8C）。这些结果表明，OCS/NX@Cur体系对伤口处胶原蛋白的沉积和组织化具有显著促进作用，NX@Cur在加速胶原蛋白类型转换过程中发挥了关键作用。

图8.（A）第7天和第14天伤口组织的西瑞红染色图像（明场和偏振光显微镜）（标尺：500 μm）；（B）第7天和第14天伤口组织中Ⅲ型胶原的定量；（C）第7天和第14天伤口组织中Ⅰ型胶原的定量

（9）OCS /NX@Cur的体内免疫调节和血管生成

NX@Cur、OCS和OCS/NX@Cur组的IL-6和TNF-α表达水平显著低于对照组，其中IL-6相对表达水平分别降低了59.50%、86.79%和77.75%（p < 0.01），TNF-α表达水平分别降低了29.84%、56.65%和59.29%（p < 0.05）。免疫荧光染色结果显示，第7天，OCS/NX@Cur组伤口组织中iNOS（红色）表达显著降低，CD206（绿色）表达显著增加，iNOS平均荧光强度比对照组降低了80.49%（p < 0.05）（图9B），CD206平均荧光强度分别增加了0.85倍、2.01倍和1.63倍（p < 0.001）。M2（CD206）/M1（iNOS）相对值分析显示，OCS/NX@Cur组的M2/M1值比对照组高13.42倍（p < 0.01）（图9C），表明OCS/NX@Cur体系通过促进巨噬细胞向M2表型极化，营造了抗炎修复微环境。免疫组化染色检测第7天伤口处CD31的表达结果显示，与对照组相比，NX@Cur和OCS/NX@Cur处理后的组织中新生血管数量和大小显著增加（橙色箭头）（图9E），CD31表达水平分别增加了56.86%和89.07%（p < 0.01，p < 0.001）（图9D），而OCS组与对照组接近，显著低于NX@Cur组和OCS/NX@Cur组，表明OCS/NX@Cur体系有利于加速新生血管化。OCS/NX@Cur组CD31标记的血管密度增加与M2型巨噬细胞标志物CD206的上调趋势一致，提示M2型巨噬细胞可能通过分泌VEGF等生长因子促进新生血管化。

图9.（A）第7天伤口组织中iNOS和CD206的免疫荧光染色图像（标尺：100 μm）；（B）免疫荧光染色中iNOS和CD206表达的平均荧光强度；（C）免疫荧光染色中M2/M1表达的相对值；（D）免疫组化染色中CD31表达的相对覆盖面积半定量分析；（E）第7天伤口组织的CD31免疫组化染色图像（标尺：100 μm）